Микроорганизмдердің генетикасы. Мутациялар. Бактериялар мен вирустардың рекомбинациясы. Тұқым қуалаудың хромасомадан тыс факторлары : плазмидалар, транспозондар, IS тіркестіктер. Гендік инженерия Орындаған: Ешенбекова Н.Б. Тобы: 208 Б (жм) Қабылдаған: Адиетова Ж.Ф. МЕББМ Қазақстан-Ресей медицина университеті НУО Казахстанско-Российский медицинский университет Жалпы гигиена, иммунология және микробиология кафедрасы Микробиология курсы

Жоспары: Кіріспе Негізгі бөлім – Микроорганизмдердің генетикасы. – Мутациялар. – Тұқым қуалаудың хромасомадан тыс факторлары : плазмидалар, транспозондар, IS тіркестіктер – Бактериялар мен вирустардың рекомбинациясы. – Гендік инженерия Қорытынды

Микроорганизмдердің генетикасы тұқымқуалаушылық және өзгергіштік ілімі ретінде құрылысы мен биология сына сәйкес өзіне тән ерекшеліктері бар. Бактериялардың генетикасы көбірек зерттелген, олардың ерекшелік сипоты бактериалды жасушаның ұсақ өлшемі және көбеюінің жоғары жылдамдығы, мұның нәтижесі популяцияның үлкен санында қысқа уақыт аралығында генетикалық өзгерістерді анықтауға мүмкіндік береді. Бактериалды жасушада гендердің біртекті жиынтығы бар (аллельдер жоқ).

Ген - (грек. genos тұқым, тек) тұқым қуалаудың қандай да бір элементар белгісін қалыптастыруға жауапты материалдық бірлік. Генетика – тұқым қуалау және өзгергіштік туралы ілім (genesisшығу тегі, тылу). Тұқым қуалау – болашақ ұрпаққа атааналық белгілерінің қайталанып берілуі. Өзгергіштік - әртүрлі факторлардың әсерінен сол дараға тән кейбір қасиеттерінің өзгеруі.

Микробтар генетикасы Бактерия геномының құрылысы Бактерия геномы өздігінен репликация лануғақабілетті генетикалық элементтерден тұрады, оларды репликон деп атайды. Репликон бактериялардың хромосома лары мен плазмидалары.

Бактерия хромосомасы – екі тізбекті сақиналы ДНК молекуласы. Бактерия хромосомасы бактерия жасушасының жинақы нуклеотиды құрайды. Бактерия хромосомасының гаплоидты гендер жиынтығы бар.

Бактериялардың плазмидалары Плазмидалар – автономиялы репликация лану және генетикалық ақпарат тасымалдау қабілеттілігі бар, хромосома дан тыс орналасқан, мөлшері шамбалы, сақина тәріздес ДНҚ молекуласы. Қасиеттері: Хромосомадан тәуелсіз көбейе аллоды (репликация). Трансмиссивтілігі бар (бір жасушадан екіншісіне ауысу). Әрбір микроб жасушасында бола бермейді, яғни тұрақты элемент емс. Элиминациялық, рекомбинациялық,интеграциялық процестерге қатыса аллоды. Мөлшері әртүрлі (майдан, ірілшенген түрлері болады). Әрбір бактерия да ге дейін көшірмелері (копиясы) болады. Микробтар арасында өзара іріктелінуіне (селекция) себе покер болады.

Плазмидалардың түрлері БАКТЕРИЯ ПЛАЗМИДАЛАРЫ R – плазмидаларәртүрлі түрлер бактерияларында дәрілік препараттарға (антибиотиктер, сульфаниламид тер, т.б.) көптеген тұрақтылыққа жауап береді F - плазмидалар Конъюгация мен жыныстық пили түзуге қабілетін анықтайтын бактериялардың жыныстық факторы Ent - плазмидалар Энтеротоксиннің өнімін детерминациялайды (бақылайды) RTF-плазмидасыртқы орта факторларының әсеріне төзімділік қасиетіне жауапты. Col-плазмидамикробқа колициногендік қасиет береді. Hly-плазмидаэритроциттерді лизистейтін – гемолиздік қасиет береді. АЛА-плазмидаантилизоцимдік белсенділік факторы.

Транспозондар ол IS элементі сияқты қасиеті бар, бірақ оның құрамында құрылымдық гені болады, олар спецификалық биологиялық қасиеттер беретін молекулалардың синтезделуін қамтамасыз ететін гендер. Осындай гендер арқылы токсигендік, антибиотиктерге төзімділік т.б. қасиеттер берілуі мүмкін.

IS- тіркестіктер IS- тіркестіктер -(ағыл.: insertion sequences) элементтер – репликонның ір аймағынан екіншісіне толық немсе репликон дар арасында ауысатын ДНҚ аймағы. ІS – элементтердің мөлшері ˜100 н.п. Олар өз алтына репликон емс, ДНҚ репликациялайтын геномның құрамдас элементі. IS-элементтердіңерекше қасиеттері-тіркелген тіркестіктердің ұштарында инвертирлшенген қайтамалары болады. Бұл интерлшенген қайтамаларды транспозаза ферменті танниды.Транспозаза қозғалтқыш элементтің екі жағында орналасқан ДНҚ тізбегінің бір тізбекті үзілістерін қамтамасыз етеді. Транспозаза ферментін кодтайтын геннің көмегімен атқарылады. IS –элементтердің нағыз көшірмелері бастапқы орнында қаллоды да,ал оның репликацияланған көшірмесі жаңа аймаққа тіркеледі.

Мутация (латынь тілінде mutatіo – өзгеру) – табиғи жағдайда кенеттен болатынь немсе қолдан жасалтынь генетикалық материалдың өзгеруі. Соның нәтижесінде ағзаның белгілері мен қасиеттері тұқым қуалайтын өзгергіштікке ұшырайды. Ғылымға мутация терминін 1901 ж. голланд ғалымы Х. де Фриз (1848 – 1935) енгізді.

Генетикалық аппараттың өзгеруіне байланысты Геномдық мутация –клеткадағы хромосомалар санының өзгеруі. Оның бірнеше түрі бар: 1) полиплоидия – хромосома жиынтығының бірнеше еселеніп өсуі; 2)анеуплоидия – хромосома жиынтығының еселенбей өсуі; 3) гаплоидия – диплоидты (екі е селен ген) хромосома жиынтығының кемуі. Хромосомалық мутация – микроскоп арқылы көрінетін хромосома құрылымындағы өзгеріс. Хромосомалық мутация түрлері: делеция, дупликация, транслокация. Бұл өзгеріс хромосоманың кей бөлімінің үзіліп қалуына (делеция), қосарланып кетуіне (дупликация) немсе оның басқа бір бөліміне ауысуына (транслокация) байланысты. Гендік мутация -ДНҚ молекуласының ультрафиолет сәуленің әсерінен өзгеріске ұшырауы. Гендік немсе нүктелік мутация деп ДНҚ молекуласының белгілі бір бөлігінде нуклеотидтердің қатар тізбегінің өзгеруін айтады. Ол молекулалық деңгейде өтеді, микроскоп арқылы көрінбейді. Мутация нәтижесінде ағза биохимиялық, физиологиялық, морфологиялық өзгерістерге ұшырайды.

Шығу тегі бойынша идуцияланған тиісті физикалық немсе химиялық факторлардың(мутагендердің) әсерінен тәжірибе жағдайында панда болады спонтанды табиғи жағдайда өзінен- өзі болады, себебін анықтау өте қиын

Модификация (фенотиптік өзгергіштік)- эволюциялық бекітілген қоршаған орта жағдайының өзгеруіне қарай жауап берілетін микроорганизмдердің бейімделу(адаптация) реакциясы. Олар микробтың тіршілік қабілеттілігін қамтамасыз етеді жіне тиісті фактордың әсер етуі тоқтағаннан кейін жойылады. Қысқа уақытты модификациялар тек қана бірінші буынның тіршілік ету кезінде сақталлоды. Ұзақ мерзімді модификациялар бірнеше ұрпақтың тіршілік ету кезінде сақталлоды. Негізінде фенотиптік өзгерістер, яғни модификациялар өмірбақи тұқым қуаламайды,әсер етуші фактор жойылғаннан кейін бұрыңғы қасиеттері қалпына келеді.

Бактериялар диссоциациясы өзгергіштіктің өзінше бір түрі. Ол бактериялардың таза дақылын тығыз ортаға сепкенде 2 түрлі колониялар түзеу арқылы байқаллоды. Диссоциациялық процесс кезінде тек қана колониялар пішіні өзгеріп қоймай, олардың биохимиялық, антигендік және патогендік белгілері өзгеруі мүмкін. Микроб жасушаның(клетка) зақымданған генетикалық затратын қалпына келтіру қабілеттілігі бар(репарация). Репарация арнайы гендердің бақылауында болатынь ферменттердің көмегімен атқарылады.

Бактериялық рекомбинацияларға мы на құбылыстар жатады: трансформация трансдукция конъюгация

Трансформация донордың(беруші) ДНҚ фрагменті арқылы рецепиентке (қабылдаушы) генетикалық информация жеткізілу нәтижесінде бактерия қасиеттерінің өзгеруі. Трансформация кезінде гендік бөлшектің біреуі екіншісімен алмасады. Трансформация арқылы жаңа морфологиялық, дақылдық, патогендік т.б. қасиеттер беріледі. Трансформация бірнеше кезеңнен тұрады: 1.Рецепиент-бактерияға донордың екі жіпшелі ДНҚ бөлшегінің адсорбциялануы және қабылдануы; 2.Эклипс-жасырын кезеңі-бұл кезде ДНҚ-ң биологиялық әсері болмайды. 3.Интеграциялау(қосылу)-донордың хромосомалы (ДНҚ бөлшегі) рецепиенттің хромосома сына қосылады. 4.Гендердің экспрессиялануы (айқындалуы) - трансформацияланған жасуша клонының көбеюі. Жаңадан панда болған бактерия ұрпағында өзгерген ген болады.

Трансдукция донор дан рецепиентке генетикалық информацияны әлсіз фаг арқылы жеткізу. Әлсіз фаг бактерияға шенгеннен кейін ұзақ мерзім сонда қалып қояды. Кейбір факторлардың әсерінен ол күшейіп бактерия дан шыққан кезінде сол бактерияның ДНҚ- ң бір фрагментін өзінің ДНҚ-на қосып ала кетуі мүмкін. Енді осындай әлсіз фаг екінші бактерияға шенген кезде оған жаңа қасиет беруі мүмкін. Генерализацияланған трансдукция кезінде - фаг бактериялық ДНҚ-ң фрагментін алып, фаг басындағы өзінің геномы на жалғастырады. Мұндай фагтарды дефектілі фаг деп атайды, себебі гені бактериялық ДНҚ-ң бөлшегімен алмастырылған.

Коньюгация донор-жасушадан рецепиентке бактериялардың бір-бірімен тікелей жанасқанда генетикалық информация берілуі. Бактериялардың конъюгациялық қабілеттілігі оларда жыныстық фактор-F, хромосома дан тыс автономиялық детерминанттың болуымен байланысты. Крпікшелер донор дан рецепиентке генетикалық информация өткізетін цитоплазмалық көпірше қызметін атқарады. Коньюгация кезінде бактерия хромасомасының фрагментін өткізе алтынь микроб штамдарын H|r- бактериялар деп атайды, яғни рекомбинациялық қабілеттілігі күшті жасушалар. Олардың жыныстық факторы хромасомада орналасады. Генетикалық информация конъюгация кезінде бір бағытта, яғни аталық жасушадан (Ғ+) аналық жасушаға (Ғ-) беріледі. Осының нәтижесінде ДНҚ фрагменті бірінен екіншісіне өтеді.

Генетикалық реактивация ол рекомбинацияның ерекше түрі. Екі туыстас вирустың әртүрлі гендерінің белсенділігі төмен болып, егерь екеуінің арасында буындасу (скрещивание) бокса, жаңадан толыққұнды вирус бөлшектері панда болады.

Бактериялар тек микроскопта ғана көрінетін аса ұсақ микробтар және олар көптеген әр алуан аурулар туғызады. Ғалым Антон Левенгук ашқан.Бактерия – бір жасушалы ағза, көбісі таяқша пішінді болып келеді. Бакреия негізінен түссіз тек кейбіреулерінде ғана аздап бояғыш затрат кездеседі. Фотосинтез құбылысы жүретін көк -жасыл қызыл түсті өкілдерін цианобактериялар деп атайды. Бактериялар – табиғатта ең көп тараған, негізінен бір жасушадан тұратын,оқшауланған ядросы жоқ, ең қарапайым организмдер чтобы.

Вирустар Вирустық геномының құрылысындағы ерекшеліктерге тұқымқуалаушылық ақпарат вирустың түріне байланысты ДНҚ-ға да РНҚ –ға да жазыла беретіні жатады. Вирустардың мутациясы вирустың нуклеин қышқылының репликация кезінде, немсе бактериялардағы сияқты сыртқы орта факторларының және мутагендердің әсерінен спонтанды панда болуы мүмкін. Вирустыұ геномның фенотиптік мутациясы антигендік құрылымда,сезімтал жасушада өнімді инфекция қоздыру қабілеттілікпен, өнімді циклдың температураға сезімталдығымен,сонымен бірге агарлы жабынды астында жасуша даұылдарындағы вирустар түзетін таңдақтарының пішінінің және мөлшерінің өзгеруімен көрінеді. Вирустардың қасиеттері сезімтал жасушаларды бір мезгілде бірнеше вируспен жұқтырғанда өзгеруі мүмкін.

Ген инженериясы деп рекомбинантты ДНҚ- лар жасап, оларды басқа тірі клеткаларға енгізуді айтады.

Ген инженериясы шешетін мәселелер: 1) генді химиялық немсе ферментті қолдану жолымен синтездеу; 2) әр түрлі орғанизмнен алынған ДНҚ фрагменттерін бір-бірімен жалғастыру (ДНҚ рекомбинантгарын алу); 3) бөтен генді жаңа клеткага векторлық ДНҚ аркылы жеткізу және олардың қызмет жасауын қамтамасыз ету; 4) клеткаларға гендерді немсе генетикалық жүйелерді енгізу және бөтен белокты синтездеу; 5) бөтен генге ие болған клеткаларды таңдап бөліп алу жолдарын ашу.

Генетикалық инженерия деп in vitro жағдайында функциялық пәрменді генетикалық құрылымдарды (рекомбинантты ДНҚ-ны) құрастыруды және оларды тіріклеткаларға енгізуді түсінеді. «Генетикалық инженерия» және «ген инженериясы» терминдері синоним ретіңде қаралғанмен, олардың мағынасы бірдей емс: генетикалық инженерия генетикамен байланысқан, ал ген инженериясы тек генге ғана қатысы бар. Рекомбинантты ДНҚ (рДНҚ) дегеніміз әр текті ДНҚ-лардан құралған (табиғи немсе синтетикалық ДНҚ фрагменттерін жалғастыру арқылы) және клеткаларда репликациялана алтынь генетикалық құрылымды түсінеді. Бүл арадан, біз үш терминнің де жалпы анықтамасы бір бағытта екендігін байқауымыз керек, реалдық тұрғыдан олардың мақсаттары.бірдей және қазіргі жаңа биотехнологияның негізгі, әрі перспективалы әдісі болып саналлоды.

Ген инженериясы мы надай кезеңдерден тұрады: 1)генді (ДНҚ фрагментін) алу; 2)рекомбинантты ДНҚ. молекуласын құрастыру; 3)реципиент клеткасына рекомбинантты ДНҚ молекуласын енгізу; 4)қажет рекомбинантты ДҢҚ молекулалары бар клондарды (бактерияық клеткаларды) ортадан табу.

Қорытынды Микроорганизмдер генетикасын зерттеу тек қана биологиялық маңызды емс, сонымен қатар көптеген медиицналық мәселелерді шешуге мүмкіндік береді. Микроорганизмдер генетикасы тұқымқуалаушылық және өзгергіштік ілімі ретінде құрылысы мен биология сына сәйкес өзіне тән ерекшеліктері бар.Хромосомаға ұқсас бактерияларды ң цитоплазмасында плазмида деп аталтынь ДНҚ-ның ковалентті тұйықталған сақинасы орналасады.Плазмид салмағы хромосома салмағынан аз.Хромосома мен плазмида автономдық өзінен көшіруге –репликацияға қабілетті,сондықтан оларды репликон дар деп атайды. Микроорганизмдердің қасиеті кез-келген басқа организмдер сияқты олардың генотипімен анықталлоды, яғни берілген дараның гендер жиынтығы. Бұл қасиеттерін зерттей келе микроорганизм тудырып тұрған аурудың түқым қуалаушылық қабілеттерін анықтауға болады.

Пайдаланылған әдебиеттер: С.Ж.Асфендияров атындағы Қазақ Ұлттық Медицина Университеті «Жалпы микробиология» Алматы, 2008 ж Б.А.Рамазанованың және Қ.Құдайбердіұлының редакциялауымен шығарылған «Медициналық микробиология» Алматы, 2010 ж Ү.Т.Арықбаева, К.Х.Алмағамбетов, Н.М.Бисенова, Ә.Ө.Байдүйсенова, Н.Б.Рахметова, Қ.Б.Қойшебаева, Н.В.Калина «Микробиология және Вирусология» Астана, 2006 ж Стамкулова А.А., Қ.Құдайбергенұлы, Б.А.Рамазанов.-«Жалпы және жеке вирусология» Алматы 2010 ж. Коротяев А.И, Бабичев С.Л. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология. - СПб.: Спец. лит, с. Медицинская микробиология /Гл.ред В.И. Покровский, O.K. Поздеев. - М.: ГЭОТАР МЕДИЦИНА, с. С.Ә.ӘМІРЕЕВ, Ә.Ә.ТАБАЕВА, С.Ш.ШАКИЕВ, Т.ТӘУІРБАЕВА «ЖАЛПЫ МИКРОБИОЛОГИЯ»

Назарларыңызға рахмет!